Consumos de Energia
Consumos nos edifícios 22% do consumo final
(Média Europeia 40% por razões óbvias)
Crescimento anual de 3,7% .
Residencial (13%) e Serviços (9%) – 3,5 MTep
58% deste consumo é de electricidade representando
um consumo 27% da electricidade total
Na década de 90 consumos nos transportes
aumentaram 68% e doméstico/serviços 31%.
Consumos específicos
Conforto térmico
• Parâmetros individuais
• Actividade; Vestuário
• Parâmetros ambientais
• Temperatura; Humidade e Velocidade do ar
• Temperatura média radiante
• Equação de Conforto: Com base nos parâmetros
determinam a acumulação energética no corpo, S.
• Indíces: Quantificam as condições de conforto
• PMV (Predicted Mean Value) e Grau de Insatisfação.
Metabolismo e vestuário
1 met=58.15 W/m2
1 clo= 0.155 m2K/W
Balanço de energia
Variáveis do Balanço e PMV
• Muitas das variáveis não são conhecidas e são estimadas de
balanços de energia com condições conhecidas.
Condições de conforto - PMV
O metabolismo (M) e a acumulação térmica (S) foram
correlacinadas com as opiniões das pessoas sobre as
condições de conforto (PMV –Predicted Mean Value)
1 Ligeiramente
- Frio
2
0 Neutro
3 Insuportavelmente
+ Quente
Condições de conforto - PPD
PPD (Percentagem de
Pessoas Desconfortáveis)
Nunca se conseguem
condições que satisfaçam
a todas as pessoas por
isso aceita-se como
condições de conforto
quando a PPD é inferior a
10%.
Radiação Solar
Intensidade de radiação no exterior da atmosfera varia devido à trajectória elíptica
da terra em torno do sol
Máx 21 Dez.
O ângulo da radiação solar em relação à superfície depende da Latitude L e da
Declinação d que varia devido à inclinação do eixo de rotação
A altitude solar a é o ângulo entre os raios solares e uma superfície horizontal e
varia de 0º a um valor máximo dependente de L e d que é dado por a12horas
Para outras horas do dia a altitude é dada por a12horas - 15ºx Ih-12I
A altitude pode ser calculada por:
A intensidade máxima de radiação numa superfície horizontal seria então
na ausência de efeitos da atmosfera.
Interferência da atmosfera
A atmosfera absorve e dispersa parte da radiação que contribuem para a
(extinção) diminuição da radiação directa:
Depende dos ângulos d-declinação, e a-altitude
que afectam A e B que variam ao longo do ano.
A radiação difusa (suposta uniforme em todas as direcções) é:
Factor de visibilidade com α ângulo
da vertical e normal à superfície
A, B e C têm valores tabelados na metodologia da ASHRAE
Existem muitas outras fórmulas para o cálculo das grandezas referidas por
exemplo considerando o estado do tempo e visibilidade (nuvens).
Trajectória do Sol na Terra
Como interessa analisar a variação do ângulo do sol com as superfícies usa-se o
ângulo de azimute (z) que representa a diferença entre a projecção dos raios solares
numa horizontal e a direcção Sul (180º no meio dia solar, varia ~90 a ~270)
N 0
0
Azimute
20
Nascer do sol para a=0:
40
270
W
Altitude
21 Jun
60
21 Jul/Mai
21 Ago/Abr
80
E
90
21 Set/Mar
21 Out/Fev
A altitude e azimute podem ser lidos a
partir de diagramas em função do dia do
ano e horas. (As horas formam duas
linhas (tipo 8) que se aproxima por uma)
21 Nov/Jan
21 Dez
Dias ou
declinações
Horas
8h
10h
S 180
Representação Estereografica
Notar que a escala da altitude corresponde às circunferências de fora para dentro
e o azimute à direcção que varia de 0 a 360º.
Latitude 38,4ºN
Lisboa
Açores
N
Latitude 32ºN
Madeira
6h
18h
W
16h
8h
14h
10h
S
E
Representação Cilíndrica
Nesta projecção pode-se observar a trajectória do sol numa projecção cilíndrica
que depois é planificada para fazer-se as leituras. Podem-se localizar os pontos
pelo dia e hora no diagrama e ler no eixo vertical a altitude e no horizontal o
azimute. (Gráfico mostrado para 32º de Latitude ~Ilha da Madeira).
Altitude
21 Jun
Hora
21 Jul/Mai
Dia
21 Ago/Abr
21 Set/Mar
21 Out/Fev
21 Nov/Jan
21 Dez
Horas
90º Este
180º Sul
270º Oeste Azimute
Incidência em superfícies
• O ângulo de incidência da radiação solar em
relação a superfícies pode ser quantificado a
partir dos ângulos que definem essa superfície:
– α Ângulo entre a superfície e a horizontal
• (Se for maior que 90º a superfície aponta para baixo)
– β Ângulo entre a normal à superfície e o Sul.
• permitindo definir então o ângulo de incidência:
  cos senacos   cosasen cosz     
1
A fórmula dos apontamentos estava errada pois tem sen em vez de cos
como me chamou a atenção um aluno na aula.
Cálculo de Sombras
• Os ângulos de azimute z e de altura de sombras a podem-se definir a
partir dos ângulos num corte vertical v e horizontal h (exemplo prática).
•
tg (v)
tg (a) 
tg (h)
A altura relaciona-se com estes ângulos por:
e varia entre o valor de a=v (z=0) e a=0 para z=/2
Na projecção hemisférica as linhas das
sombras são radiais e arcos que podem
rodar consoante a orientação da fachada
Na projecção cilíndrica as linhas das sombras
são verticais e arcos que se podem deslocar na
horizontal consoante a orientação da fachada
V1
+h1
V1
+h2
-h1
V2
 -h2
V2
-h2 -h1
h1 h2
Caracterização climática
• Existem tabelas com características climáticas emitidas
pelo INM (Instituto Nacional de Metereologia) com
valores extremos de temperaturas absolutos e médios e
horas de ocorrência.
• Existem ainda temperaturas extremas com probabilidade
acumulada que é a probabilidade de ocorrência. e.g.
para Lisboa (de 1989) 90% TMax<27ºC, 95%
TMax<29,4ºC, 97,5% TMax<31,4ºC, 99% TMax<33ºC que
permitem definir valores diferentes para projecto,
consoante o objectivo.
• Também existe outra grandeza que é o número de
Graus-Dia que exprimem o somatório do valor deste
produto ao longo de um dia ou ao longo do ano.
– Permite ter uma ideia de consumo enquanto os valores
extremos servem para dimensionar as potências.
Projecto AVAC I
• Aquecimento, Ventilação Ar Condicionado
• Condições de projecto
– temperatura, humidade relativa e qualidade do ar
– características térmicas das superfícies da envolvente e
das paredes interiores
– exposição à radiação solar e ao céu
– renovação e velocidades do ar
– níveis de iluminação
• Determinação das zonas de AVAC considerando:
–
–
–
–
Actividade
Horário de ocupação
Ganhos internos de calor
Orientação
Projecto AVAC II
• Cálculo das cargas térmicas de cada zona
– Na situação de Inverno mais desfavorável
– Na situação de Verão mais desfavorável
– Necessidades energéticas anuais.
• Definição do sistema de AVAC
– Identificação dos componentes e localização
– Dimensionamento dos componentes
– Estimativa do investimento
– Integração do sistema no edifício.
Projecto AVAC III
• Cálculo das cargas térmicas
– Fluxo por condução de calor através da envolvente
– Tratamento do caudal de ar novo para garantir a qualidade
do ar
– Ganhos devido à radiação solar
– Ocupação
– Equipamentos
– Iluminação.
• As trocas de calor com a envolvente apresentam
importantes efeitos de inércia e dependem também
da hora do dia, variando as condições interiores e as
cargas térmicas.
Considerações
• Condução de calor através de paredes.
• Transferência de calor por radiação para vidros que
posteriormente é transferido por convecção.
• Efeito de estufa nas superfícies vidradas.
• Diminuição de transmissão de radiação nos vidros
também diminui transmissão de luz (rad. visível).
• Vidros duplos devem ter transmissão baixa no
exterior e interior transparente. Calor para exterior.
• Ocupação e cargas de equipamentos apresenta
variações importantes ao longo do dia e devem ser
sempre divididas em cargas sensíveis e latentes.
Classificação de sistemas AVAC
• Ar-Ar (Conduta simples VAC, VAV, VTV ou dupla)
Volume de ar constante, vol. ar variável e vol. e temperatura variável.
– Condutas grandes, Grande consumo energético
• Água (2 ou 4 tubos)
– Apenas para aquecimento ou arrefecimento
• Ar-Água (Combinação de anteriores)
– Ar para renovação e cargas latentes, água p. calor
• Expansão directa (fluído refrigerante)
– Caudal de fluído variável VRV c/ 3 tubos, Modelos split,
Unidade central e periféricas (4-32)
• Depósitos de acumulação (fluidos eutéticos ou gelo)
Unidade de Tratamento de Ar
• Esquema de UTA típica que permite:
– Arrefecimento com desumidificação e aquecimento
– Aquecimento com humidificação
– Mistura de ar recirculado (condições da sala S)
M
E
Ar
Novo
F
Q
L
R
I
Ar Insuflado
Sala (S)
S
Evoluções Diagrama Psicrométrico
Exemplos de evoluções para
situação de verão:
S+EMF Q=IS
e de inverno S+EM
MQLR=I  S
MQL=I  S
F
L
I=Q
I=L=R
M=F
M=F
E
E
M
S
Q
Q